內蒙古氣體檢測QCL激光器封裝

    作為半導體激光技術發展的里程碑，量子級聯激光器（QCL）使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導體激光器的實現成為可能，為氣體分析等中紅外應用提供了新型光源，因此QCL日益受到關注。尤其是近10年，越來越多的科研人員開始研究QCL在氣體檢測方面的應用，使得它的優勢和潛力被更多的認識和挖掘。中遠紅外量子級聯激光器（QCL）眾所周知，QCL屬于新一代半導體激光器，它的特性不同于傳統半導體激光器。用中科院半導體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋，應該更加形象。首先是量子含義，是指激光器由納米級厚度的半導體異質結超薄層構成，利用量子限制效應，通過調節每層材料的厚度和子帶間距，從而調節波長；其次是級聯含義，它的有源區由多級耦合量子阱串接組成，可實現單電子注入的倍增光子輸出，可望獲得大功率，而普通的半導體激光器是利用電子空穴對的復合發射光子，這是普通激光器不具備的一個性能。 甲烷分子的基頻吸收帶位于在3.3μm附近的中紅外區域。因此用中紅外激光器探測甲烷氣體非常有益。內蒙古氣體檢測QCL激光器封裝

    量子級聯激光器（QuantumCascadeLaser）是一種能夠發射光譜在中紅外和遠紅外頻段激光的半導體激光器。它是由貝爾實驗室于1994年率先實現。隨著量子級聯激光器技術的日趨成熟，它開始被較多地應用于科學和工程研究。由于其明顯優勢，在氣體檢測領域得到了迅速推廣。基于量子級聯激光器的紅外光譜氣體檢測技術具有靈敏度高、檢測速度快等優點，特別是在高精度光譜檢測方面所具有的明顯優勢，使其成為研究和應用的熱點。量子級聯激光器（QuantumcascadeLaser，QCL）是基于半導體耦合量子阱子帶（一般為導帶）間的電子躍遷所產生的一種單極性光源。量子（quantum）指的是通過調整有源區量子阱的厚度可以改變子帶的能級間距，實現對波長的“裁剪”，另外也指器件的尺寸較小。級聯（cascade）的意思是有源區中上一組成部分的輸出是下一部分的輸入，一級接一級串聯在一起。激光器（Laser）是指產生特定波長的光源。量子級聯激光器的波長可以覆蓋在、通信、氣體檢測等領域極具應用價值的中遠紅外波段。 湖南NH3QCL激光器封裝中紅外QCL-TDLAS激光氣體檢測技術有 ppb 級超高靈敏度、超大檢測范圍、高選擇性、實用性強，易于維護等優勢。

    量子級聯激光器輸出功率較高圖3量子級聯激光器有源區工作示意圖（兩個周期）比起中紅外波段其它光源，QCL的輸出功率較高。不同的激光氣體檢測應用中會需要不同的功率，故激光器的高功率工作是非常必要的。改變工作電流就可以改變激光器的輸出功率，高功率的激光器能夠提供的功率范圍大，可以滿足更多的應用場景。QCL輸出功率較高的原因可以歸結于其本身的有源區結構設計，其電子利用效率較高。內量子效率是指每秒注入有源區的電子-空穴對數能夠產生的光子數多少。圖3給出典型的QCL有源區工作示意圖，電子流通過一系列的子帶和微帶，實現子帶中的上能級電子的集聚，之后迅速躍遷到下能級并產生光子，之后注入區再重復利用電子流，使之進入下一個循環。理論上一個電子可以產生與有源區級數相同的光子數，從而內量子效率較高，輸出的功率也就越大。而常規的半導體激光器中，一個電子在與空穴相遇后輻射出一個光子。可室溫工作許多應用中需要激光器能室溫工作（室溫脈沖或室溫連續工作）。器件低溫工作時需將激光器放置在液氮制冷的杜瓦中，將增大系統體積，而且不利于激光器的光束整形。而常規半導體激光器中電子和空穴的分布對溫度十分敏感，在長波長區域。

    基于可調諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）技術的在線監測系統，以其高靈敏度、高分辨率及實時響應的優勢，在環境監測領域展現出了廣闊的應用前景。本研究首先解析了TDLAS技術的基本原理，明確了其在氨逃逸檢測中的獨特作用機制，進而設計了包含穩定系統架構與精細功能模塊劃分的氨逃逸在線監測系統。在系統實現階段，通過精心挑選的硬件組件與優化的軟件算法，確保了系統的高效運行與準確監測。隨后，對系統進行了的性能測試，結果表明，該系統能夠實時監測并準確記錄氨逃逸數據，為環境保護與工業安全生產提供了有力的技術支持。本研究不僅豐富了TDLAS技術在環境監測領域的應用案例，也為氨逃逸監測技術的發展提供了新的思路與方向。未來，隨著技術的不斷進步與應用的持續拓展，TDLAS技術有望在更多領域發揮重要作用，推動環境監測技術的整體發展。 在大氣污染監控中，QCL能夠準確檢測大氣中的微量成分，為環境保護提供有力支持。

    中紅外溫室氣體激光器在環境監測和氣候變化研究中正發揮著越來越關鍵的作用，隨著全球對溫室氣體減排的日益重視，市場對高效、精確的氣體檢測設備的需求也在不斷攀升。中紅外溫室氣體激光器憑借其的性能和技術優勢，已經成為這一領域不可或缺的重要工具。首先，這種激光器能夠精確檢測諸如二氧化碳、甲烷等主要溫室氣體，其高靈敏度和選擇性使其在環境監測、工業排放評估以及城市空氣質量檢測等方面發揮著至關重要的作用。各國和企業逐步加強對溫室氣體排放的監管，推動了中紅外溫室氣體激光器的廣泛應用，比如在城市的空氣質量監測中，這些激光器可以實時提供數據，使得相關部門能夠及時采取措施，改善空氣質量，保護民眾的健康。其次，技術的不斷進步為中紅外溫室氣體激光器的性能提升提供了新的可能。近年來，激光技術的創新使得這些設備在體積、功耗和成本方面得到了改善。例如，采用新型材料和工藝，使得激光器的體積更加小巧，便于攜帶和部署，同時降低了生產和維護成本。這一趨勢不僅降低了使用門檻，也使得中紅外溫室氣體激光器能夠在更多的應用場景中發揮作用，滿足市場對靈活性和便攜性的需求，甚至可以應用于野外勘測和移動監測等場合。 TDLAS技術有高效、選擇高、響應快、適應性強等優點，通過追蹤分子的吸收光譜獲得特征參數的重要手段。內蒙古氣體檢測QCL激光器封裝

在工業污染分析中，QCL的快速響應和高靈敏度使其能夠實時監測煙塵顆粒的組成和濃度。內蒙古氣體檢測QCL激光器封裝

    大氣中CO2、CH4、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段，其中近紅外波段波長在－μm范圍，對應于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶，而中紅外波段波長位于－25μm范圍，對應于氣體分子的“基頻”吸收譜帶，吸收強度要明顯高于近紅外波段，適用于濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測。針對目前溫室氣體多目標場景監測需求，研究人員開展了不同形式的探測方法研究，主要包括地面探測、地基探測、機載探測和星載探測，綜合運用各種吸收光譜技術和儀器，通過掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜，經過光電信號轉換、光譜信號采集、濃度算法解析、軟件數據處理等技術過程，能夠實現溫室氣體多組分高靈敏時空分辨觀測。 內蒙古氣體檢測QCL激光器封裝